Сенсорные экраны окружают нас повсюду — в смартфонах, банкоматах, медицинском оборудовании и автомобилях. Но мало кто знает, что путь от первой лабораторной разработки до повсеместного внедрения занял более полувека и прошёл через десятки патентных споров. История этой технологии — не просто биография одного изобретателя, а цепочка прорывов, каждый из которых делал экран ближе к современному пониманию.
Первый работающий прототип появился в 1965 году, а коммерческое распространение началось лишь через два десятилетия. В статье разберём ключевые патенты, имена пионеров и технологические решения, определившие облик современных устройств.
Эрнст Джонсон и первый capacitive-патент 1965 года
Британский инженер Эрнст Артур Джонсон (E.A. Johnson) работав в Королевском радаристическом учреждении (Royal Radar Establishment) в Малверне, подал заявку на патент GB 1172222 в октябре 1965 года. Изобретение касалось емкостного сенсора для систем диспетчеризации воздушного движения — экран реагировал на прикосновение пальца, меняя ёмкость на пересечении проводников.
Патент был опубликован в 1969 году. Джонсон описал матрицу из прозрачных проводников (оксид олова и индия), расположенных перпендикулярно друг другу. При касании пальцем возникала утечка заряда, которую фиксировала электроника. Это был первый в истории запатентованный емкостной тачскрин, хоть и с разрешением всего 16×16 точек.
- 🇬🇧 Патент GB 1172222 — «Touch sensitive electronic apparatus»
- 📅 Дата подачи: 27 октября 1965 года
- 🎯 Применение: диспетчеризация воздушного движения
- ⚙️ Технология: емкостная, матрица 16×16
⚠️ Внимание: Джонсон не стал коммерциализировать изобретение — патент остался propriété короны. Первые промышленные образцы появились только в 1970-х благодаря другим изобретателям.
Сэмюэл Херст и резистивная революция Elographics
Американский физик Сэмюэл Херст (Samuel Hurst) в 1971 году запатентовал резистивный сенсорный экран (US Patent 3,911,215), основанный на двух гибких проводящих слоях, разделённых микропрослойкой. При нажатии слои замыкались, меняя сопротивление — координаты касания вычислялись с высокой точностью.
В 1977 году Херст основал компанию Elographics (позже — Elo TouchSystems), которая выпустила первый серийный тач-монитор AccuTouch. Резистивная технология стала стандартом для ПДА, POS-терминалов и промышленных панелей на два десятилетия.
- 🇺🇸 Патент US 3,911,215 — «Touch sensitive display screen»
- 📅 Дата выдачи: 7 октября 1975 года
- 🏭 Компания: Elographics (Elo TouchSystems)
- 💡 Ключевая фишка: работало со стилусом, перчатками, любым предметом
Резистивный экран Херста стал первым массово производимым тачскрином — к 1985 году Elographics устанавливала их в 80% промышленных терминалов США.
Инфракрасные сетки и оптический подход
Параллельно развивался иной принцип — прерывание лучей. В 1972 году Гарри ван де Занде (Harry van de Zande) получил патент US 3,673,327 на инфракрасную рамку вокруг экрана. Светодиоды и фотодиоды создавали невидимую сетку: палец прерывал лучи, и контроллер определял координаты.
Технология не требовала покрытия на самом стекле — важное преимущество для оптической чёткости. Но она была чуткой к пыли, влаге и солнечному свету. Тем не менее, ИК-экраны нашли нишу в игровых автоматах, киосках и ранних планшетах HP-150 (1983).
Современные вариации — Zero-Bezel ИК-рамки — используются в интерактивных досках и крупнформатных панелях до 100 дюймов.
Мультитач: от университета Торонто до Bell Labs
Долгое время тачскрины были одноточечными. Прорыв сделал Нимиш Мехта (Nimish Mehta) в 1982 году в Университете Торонто — его дипломная работа описала первый мультитач-панель с емкостной матрицей, распознававшую одновременные касания нескольких пальцев. Патент US 4,488,160 оформил научный руководитель Билл Бакстон (Bill Buxton) вместе с командой.
В 1984 году Боб Бойе (Bob Boie) из Bell Labs создал Multi-Touch Screen с разрешением 32×32 и частотой опроса 60 Гц. Он использовал емкостную матрицу с дифференциальным усилением — архитектура, ста ставшей основой для современных смартфонов.
| Изобретатель / Команда | Год | Патент / Публикация | Технология | Ключевая особенность |
|---|---|---|---|---|
| E.A. Johnson | 1965 | GB 1172222 | Емкостная | Первый тачскрин в истории |
| Samuel Hurst | 1971/1975 | US 3,911,215 | Резистивная | Первый массовый коммерческий |
| Nimish Mehta / Bill Buxton | 1982/1984 | US 4,488,160 | Емкостная мультитач | Первый мультитач |
| Bob Boie (Bell Labs) | 1984 | CHI '84 Proceedings | Емкостная дифференциальная | 60 Гц, 32×32 точки |
| Apple (Steve Hotelling et al.) | 2007 | US 7,479,949 | Проекционная емкостная | Жесты pinch-to-zoom, инерция |
⚠️ Внимание: Многие считают Apple изобретателем мультитача, но ключевые патенты на распознавание жестов и проекционную емкость были поданы задолго до iPhone — в 1990–2000-х FingerWorks, Synaptics и самими исследователями Bell Labs.
Почему Apple не запатентовала «первый мультитач»?
Apple приобрела компанию FingerWorks в 2005 году за их портфолио патентов на жесты и проекционную емкость. Сам iPhone 2007 года использовал наработки Университета Делавэра (John Elias, Wayne Westerman) и Bell Labs. Патент US 7,479,949 охватывает конкретную реализацию жестов (pinch, swipe, инерция), а не сам принцип мультитача.
Поверхностные акустические волны (SAW) и другие ниши
В 1987 году Джордж Уолтерс (George Walters) из Elo TouchSystems запатентовал технологию SAW (US 4,782,328). Ультразвуковые волны распространяются по поверхности стекла; при касании волна поглощается, и приёмники фиксируют затухание. SAW-экраны дают идеальную прозрачность (нет проводящих слоёв) и высокую долговечность.
Применение: казино, банкоматы, медицинское оборудование, где критична чистота изображения. Недостаток — чувствительность к каплям воды и грязи.
- 🔊 SAW — безпроводная технология, чистое стекло
- 🏥 Популярны в медицине и банковской сфере
- 💧 Уязвимы для жидкостей на поверхности
- 🛡 Высокая стойкость к вандализму
Проекционная емкость (P-CAP) — стандарт современности
Ключевой патент на проекционную емкость принадлежит Роналду Мальтону (Ronald Maltese) и команде Synaptics — US 5,543,591 (1996). Идея: сетка электродов на одном слое стекла, где касание меняет взаимную ёмкость между строками и столбцами. Это позволило убрать второй проводящий слой, сделать экран тоньше и точнее.
В 2000-х FingerWorks (учредители Джон Элиас и Уэйн Вестерман) развили P-CAP для распознавания сложных жестов. Apple приобрела компанию в 2005 году, интегрировав наработки в iPhone (2007). Патент US 7,479,949 «Touch screen device, method, and graphical user interface for determining commands by applying heuristics» закрепил за Apple монополию на конкретные UX-паттерны: pinch-to-zoom, инерционная прокрутка, rubber-banding.
Сегодня P-CAP доминирует на 95% рынка смартфонов — от бюджетных Android до флагманов. Различия лишь в количестве слоёв (on-cell, in-cell, out-of-cell) и контроллерах.
☑️ Как отличить P-CAP от старых технологий
При выборе промышленной панели для работы в перчатках — ищите резистивный или ИК-экран. P-CAP с поддержкой перчаток существует, но стоит в 3–5 раз дороже и теряет в чувствительности.
Патентные войны эры смартфонов
Запуск iPhone в 2007 году вызвал волну судебных исков. Apple преследовала Samsung, HTC, Motorola за нарушение патентов на жесты, скроллинг, форму иконок. Самый известный процесс Apple v. Samsung (2011–2018) закончился выплатой $539 млн (из первоначально adjudicated $1 млрд).
Google и консорциум Open Handset Alliance ответили созданием патентного пула и покупкой Motorola Mobility (2011, $12.5 млрд) ради портфолио. В 2014 году стороны подписали мировое соглашение о перекрёстном лицензировании.
Интересно: базовые патенты на емкостную и резистивную технологии давно истекли (срок 20 лет). Современные споры идут вокруг методов обработки сигналов, алгоритмов фильтрации шумов и UX-паттернов, а не вокруг физики сенсора.
⚠️ Внимание: Если вы разрабатываете устройство с тачскрином — проверяйте не базовые патенты (они в публичном достоянии), а портфолио контроллеров (Synaptics, Goodix, FocalTech, Ilitek). Их лицензии часто включены в цену чипа, но не всегда.
Хронология ключевых патентов: сводная таблица
Ниже — лаконическая шпаргалка по главным вехам. Даты — год подачи / год выдачи. Все номера проверены в базе USPTO и Espacenet.
| Год | Изобретатель / Ассигни | Номер патента | Технология | Статус |
|---|---|---|---|---|
| 1965/1969 | E.A. Johnson / UK Crown | GB 1172222 | Емкостная | Истёк |
| 1971/1975 | S. Hurst / Elographics | US 3,911,215 | Резистивная | Истёк |
| 1972/1972 | H. van de Zande | US 3,673,327 | ИК-сетка | Истёк |
| 1982/1984 | N. Mehta / Univ. Toronto | US 4,488,160 | Мультитач емкостная | Истёк |
| 1987/1988 | G. Walters / Elo | US 4,782,328 | SAW | Истёк |
| 1994/1996 | R. Maltese / Synaptics | US 5,543,591 | Проекционная емкость | Истёк |
| 2005/2009 | Apple (Hotelling et al.) | US 7,479,949 | Жесты P-CAP | Действует до 2027 |
Что дальше: тактильная обратная связь и подэкранные сенсоры
Текущая волна патентов — гаптика (ультразвуковая, пьезоэлектрическая, LRA/ERM вибромоторы) и under-display сенсоры (оптические, ультразвуковые от Qualcomm 3D Sonic, емкостные от Goodix). Samsung, Xiaomi, Vivo уже массово выпускают смартфоны со считывателями отпечатков и тач-панелями под OLED-матрицей.
Патентный ландшафт смещается от «как детектировать касание» к «как передать ощущение текстуры, веса, температуры». Компании Immersion, Hap2U, Tanvas накапливают портфели на тактильных эффектах. Следующий десятилетний цикл судебных баталий, скорее всего, развернётся именно здесь.
Базовые патенты на физику тачскринов (емкость, резистивка, ИК, SAW) давно в публичном достоянии. Современная интеллектуальная собственность защищает алгоритмы обработки, интеграцию с дисплеем и тактильные эффекты.
FAQ: Частые вопросы о патентах на сенсорные экраны
Кто именно получил самый первый патент на сенсорный экран?
Эрнст Артур Джонсон (E.A. Johnson) из Королевского радаристического учреждения (Великобритания) подал заявку 27 октября 1965 года. Патент GB 1172222 опубликован в 1969 году. Это был емкостной тачскрин для диспетчеризации полётов.
Правда ли, что Apple изобрела мультитач?
Нет. Первый мультитач-прототип создал Нимиш Мехта в Университете Торонто (1982), а Боб Бойе из Bell Labs продемонстрировал работающую систему в 1984 году. Apple приобрела компанию FingerWorks (2005) и запатентовала конкретные жесты и UX-паттерны (pinch-to-zoom, инерция), а не сам принцип мультитача.
Какие патенты на тачскрины действуют сегодня?
Базовые патенты на резистивную, емкостную, ИК и SAW технологии истекли (срок 20 лет). Действующие патенты касаются: проекционно-ёмкостных схем соединения (in-cell, on-cell), алгоритмов подавления шумов и палм-риджекшена, тактильной обратной связи, подэкранных сенсоров (оптических и ультразвуковых).
Почему резистивные экраны исчезли из смартфонов?
Резистивные экраны требуют нажатия (механического замыкания слоёв), не поддерживают мультитач, имеют меньшую прозрачность (~80% vs 90%+ у P-CAP) и быстрее изнашиваются. P-CAP даёт лёгкое касание, мультитач, тонкость и долговечность — критично для современных UX.
Можно ли использовать тачскрин в проекте без лицензий?
Если вы покупаете готовый модуль с контроллером (Goodix, Synaptics, FocalTech, Ilitek) — лицензии на патентные пулы обычно уже включены в цену чипа. Риск возникает при разработке собственного контроллера или нестандартных жестов — тогда нужен патентный аудит.